車用半導體晶片大缺貨，主要是因為2020年疫情讓汽車業者擔心市場發展，因此在當下砍單，造成如今「要不到貨」。事實上，車用半導體市場的大量需求來自「電動車」和「自動駕駛」，商機大爆炸還在後頭。
研究機構IHS Markit指出，2020年全球車用半導體營收為380億美元，受疫情影響訂單與生產狀況，比起前一年少了20%，但預估市場將持續成長，2026年營收可望達676億美元，年複合成長率為7%（2019-2026）。
當未來車輛動力從燃油轉成電池，且車上搭載自駕車系統，這兩大現象能帶來哪些車用半導體變革？
需求一：電力驅動取代燃油，帶動「功率半導體」起飛
先來看電動車發展。台灣喊出2040年全面禁售燃油車，國外則跑得更早，如荷蘭、挪威要在2025年達標；英國、瑞典宣布2030年禁售汽、柴油新車，就連美國加州也宣布簽署行政命令，將自2035年禁售燃油新車。
有了政策幫忙，即便2020年全球電動車銷量約在240萬輛左右，但勤業眾信2020年9月發布的《2030電動汽車趨勢展望報告》中預測，全球電動車屆時會突破3,000萬輛，遠比當前多出10倍。
當電動車起飛，最被看好帶動的車用半導體類型就是「功率半導體」。
功率半導體是電子裝置中轉換電能、控制電路的核心，常被暱稱為功率變流裝置裡的「CPU」，主要用於改變電壓和頻率等功能。由於電動車追求「續航力」，車內需有多個動力電池模組，而這些模組需使用大量含有功率半導體的電力設備，因此比起一般燃油車的用量高出許多。
拓墣產業研究院舉例，像是特斯拉（Tesla）與BMW i3使用的一種功率半導體（功率離散元件）──IGBT（絕緣柵雙極電晶體；Insulated Gate Bipolar Transistor），每台車約120～150個，是過去車用的7～10倍之多。
需求二：自動駕駛普及，「感測元件」數量大增
另一方面，自動駕駛系統的逐年普及，進一步推升了車用半導體需求。IDC《全球自動駕駛汽車預測報告（2020-2024）》指出，2020-2024年L1-L5等級自動駕駛汽車的年複合成長率將達到18.3%，其中L1在2024年的全球出貨量達3,495萬輛、L2的出貨量則將達到1,843萬輛。
L1至L2級的自動駕駛程度，雖然是現行部分燃油車也有配備的ADAS（先進駕駛輔助系統），不過因為要做到自動停車、自動變化車道等功能，使得CMOS影像感測器（CIS）需求大增。
如工研院（IEK）曾在報告中點出，當自動駕駛車輛的自動化等級愈高，所需要的感測元件將會愈多，如L2等級自動駕駛，基本需求4個以上的感測元件，若達到最高第5等級自動駕駛（在任何條件下，車輛都能達到完全自駕的程度），將需要高達19個以上的感測元件。
車用半導體元件成本將成長3倍
整體來看，當電池模組的數量倍增時，使用的功率半導體數量將比過去增加3～5倍；搭配的自動駕駛等級若是從目前的L2提升至L4，將使用更多的MCU（微控制器）、PMIC（電源管理IC）、記憶體，其半導體元件成本將成長3倍。
晶圓代工廠世界先進董事長方略日前公開表示，過去每輛汽車的半導體元件金額約為523美元（約15,690元新台幣），但在電動車、自駕系統等應用驅動下，預估今年每輛車的半導體元件金額將達到607美元（約18,210元新台幣），這當中包括了電源管理、影像感測、車窗或座椅等控制晶片等，而且多數是8吋晶圓產能支援。
若是以今年車市的預估總出貨量，將從去年的7,200萬輛成長至7,700萬輛來看，今年車用半導體元件也將有24%的成長幅度。只不過當車用半導體需求大躍進，原先就已產能吃緊的晶圓代工廠應付得來嗎？
應用需求依賴8吋產能，建置成本與停產成供給阻力
「晶圓產能吃緊已經到了無法想像的地步，」力積電董事長黃崇仁先前如此表示。
自去年起，8吋晶圓的產能就不斷有「產能吃緊」、「漲價」等新聞傳出，原因無他，因為8吋晶圓主要提供類比IC、感測器、離散元件等以物聯網或車用為主的應用，加上指紋辨識感測器、面板驅動IC等大量導入手機、筆電跟平板的應用，其實只需要8吋晶圓代工就能滿足生產。
需求面有所成長，但8吋晶圓的「供給」卻沒有跟上腳步，正是造成全球產能吃緊、車用晶片荒的主因。
黃崇仁：2022年以前都無法解決產能吃緊問題
據了解，一座8吋晶圓的工廠需要投資需要至少400億新台幣，IC設計廠義隆董事長葉儀皓也表示，若現在建8吋晶圓廠、以每年攤提5%的成本來看，即便10年後都還不一定會回本，是目前晶圓代工業者不願再出手設廠的考量。此外，全球主流目前都是往12吋晶圓廠邁進，不少設備業者也早已不再生產8吋機台，也是8吋晶圓無法擴產的另一個因素。
根據《數位時代》側面了解，目前全球主要的8吋晶圓廠約有105座，台灣就有17座，包括台積電4座、聯電6座、世界先進3座等，資策會統計台灣的8吋產能約占全球16%；然而8吋產能比重最大宗的其實正是車用半導體的大本營歐洲及中東地區，約占全球8吋產能的17.9%，在沒有擴增產能的前提下，企業要提升8吋晶圓的產能目前僅能靠「非有機」的併購方式，也因此去年世界先進才收購了格羅方德在新加坡的8吋廠。
依照方略先前說法，世界先進觀察未來5年8吋晶圓廠產能的年複合成長率僅有3%，但車用市場的復甦、車用半導體含量增加，以及受疫情驅動的遠距商機、5G布局等應用端需求湧現下，晶圓產能的吃緊將持續下去，黃崇仁更直指這個狀況可能到2022年都無法解決。
分析師：車用半導體業者將密切與台代工廠合作
至於至少會持續好一陣子的車用半導體「晶片荒」，會不會改變車用半導體廠跟晶圓代工業者之間的關係？拓墣產業研究院資深分析師姚嘉洋認為：「會有更高的依賴性」。
他指出，在「 產能不擴充 」、「 技術研發成本提高 」及「 自駕等級朝L5邁進 」這三種情況下，會需要更強大的運算力與先進製程的技術，這也讓恩智浦（NXP）、英飛凌（infineon）這些車用半導體廠不能僅以單純外包（Outsourcing）方式與晶圓代工廠互動，「車用半導體業者跟台灣的合作將更密切。」
責任編輯：林美欣
